작은 메모장
하드디스크의 저장 방식, LMR과 PMR, 그리고 SMR 본문
하드디스크란?
Hard Disk Drive, 줄여서 HDD는 자기 저장 방식을 사용하는 비휘발성 저장 디스크다.
자기장을 이용하여 저장하는 그 방식때문에 원래 이름은 자기 디스크(Magnetic Disk Drive)였지만,
똑같이 자기장을 이용하여 정보를 저장하는 플로피 디스크(Floppy Disk Drive)가 나오면서
구분을 위해 딱딱한 디스크란 의미로 하드 디스크로 이름이 바뀌었다.
HDD는 동그랗고 원형 금속 판에 자기장을 특정 방향으로 입혀서 정보를 저장한다.
원형 판이 많아지면 많아질수록 저장할 수 있는 용량이 크게 늘어났지만,
3.5인치 규격이라는 한정된 크기 안에서 집어넣을 수 있는 판의 갯수는 제한되어 있었고,
또한 판이 많아질수록 판 자기장 사이의 간섭 등의 이유로,
오늘날의 HDD는 1~8개의 판을 넣는 것을 대부분 채택하고 있다.
당연하게도, 넣을 수 있는 판의 갯수가 제한된다는 것은 최대 용량에 한계가 있다는 것으로 이어지며
더욱더 많은 정보를 집어넣기 위해 판의 갯수를 늘리는 방법보다
자기장으로 정보를 입힐 때 더 많은 정보를 넣을 수 있는 방법을 모색하기 시작했다.
LMR
Longitudal Magnetic Recording의 줄임말로, 자기장의 방향을 눕혀서 저장하는 방식이다.
초창기의 HDD는 이 방식의 저장방식을 사용하였으며, 대략 50년간 수평으로 자기장이 정렬되는 종방향 자기 기록 방식을 사용하였다.
자기장의 방향을 눕혀서 저장하기 때문에
눕힌 자기장의 길이가 곧 저장할 수 있는 정보량으로 이어졌다.
길이가 길어지면 길어질수록 저장할 수 있는 정보량은 그만큼 줄어들기 때문이다.
때문에 HDD의 초기 발전 과정은 이 자기장 영역을 줄이는 방향으로 발전하였다.
자기장 영역을 줄일 때마다 획기적인 용량 향상이 있었으나,
영역이 너무 좁아 기록된 정보가 온도에 따라서 방향이 틀어지는 초상자성 효과가 일어나기 시작했다.
즉, 자기장 영역을 줄이는 데에 한계가 도달했다는 의미다.
이에 HDD 회사들은 다른 기록 방법을 찾기 시작했고, 획기적인 방법 하나가 나왔다.
PMR
Perpendicular Magnetic Recording의 줄임말로, 자기장의 방향을 세워서 저장하는 방식이다.
일본의 이와사키 슌이치 교수에 의해 입증되었고, 2005년에 상용화에 성공한 방식으로,
PMR의 가장 큰 장점은 LMR에 비해 초상자성 효과를 덜 받게 된다는 것이다.
애초에 자기 기록을 판의 수직방향으로 기록하기 때문에, 더 강하고 오래가는 자기 기록을 남길 수 있다는 것.
때문에 자기 기록을 더욱 더 촘촘하게 배치할 수 있게 되었으며, 엄청난 저장 용량 향상으로 이어졌다.
PMR의 핵심은 정보가 저장되는 판 바로 아래에 붙는 또 하나의 판인데,
이 판에 더 강력한 자기장을 주어 자기장의 방향을 조정할 수 있다.
그러나 이 방식에는 한가지 문제가 있었는데, 들어가는 곳과 나오는 곳이 무조건 하나씩 있어야 했다는 것이다.
즉, 하나의 자기장이 둘 이상의 저장 구역에 영향을 미쳤다.
CMR
Conventional Magnetic Recording의 줄임말로, PMR의 문제점을 보완하기 위한 저장 방식이다.
방식은 상당히 간단하다. PMR 방식에서 자기장이 빠져나올 구멍이 없기 때문에, 이를 만들어주자는 것.
각각의 정보가 저장되는 공간 사이에, 여유 공간을 두어 자기장을 빼내자는 것이었다.
손실되는 용량이 상당한 문제가 있지만,
LMR에 비해 더 많은 정보를 효과적으로 정보의 읽기-쓰기를 할 수 있었고,
넉넉한 여유 공간으로 인해 정보간의 간섭이 일어날 가능성이 매우 적어졌다.
이 방식은 현재까지도 사용하고 있는 방식으로,
저장 효율은 낮지만 읽기-쓰기 시 안정성이 매우 뛰어나고 속도가 빠른 저장방식으로 채택되고 있다.
주로 이 방식을 사용하는 HDD는 용량대비 가격이 매우 비싼 편이다.
SMR
Shingled Magnetic Recording의 줄임말로, CMR 보다 더 많은 저장 효율을 얻기 위한 저장 방식이다.
CMR의 문제점은, 정보의 안정성을 위해 너무 많은 공간을 여유 공간으로 낭비한다는 것이다.
이 남아도는 여유 공간을 전부 저장 공간으로 사용한다면, 저장 효율이 훨씬 늘어날 것이다.
이에 여유 공간을 전부 없애버리고 공간을 전부 저장 공간으로 써버리는 방식이 등장하였고, 이게 SMR이다.
SMR의 큰 특징은 저장 효율이 어마어마하게 상승한다는 것이다.
저장 방식의 큰 변화 없이 저장 공간을 얻을 수 있다는 것이 일차적인 장점이고,
이는 저용량 HDD의 제작 비용 감소로 이어지게 된다.
같은 용량의 HDD을 제작할 때 CMR 대신 SMR을 사용하게 되면 돈을 획기적으로 줄일 수 있기에,
가격 경쟁력에도 큰 이점이 있다.
SMR은 PMR이 가지고 있던 문제를 정면 돌파하는 방식이다.
1 1 0 1 0 이라는 정보가 저장되어 있다고 가정해보자.
여기서 첫 번째 정보를 0으로 고친다고 해보자.
PMR 방식에 따라, 들어가는 공간과 나가는 공간이 존재해야 하므로,
디스크는 자기장의 방향의 나가는 공간을 바로 옆의 저장 공간으로 내보낸다.
그러나 쓰기를 하는 순간 옆 저장 공간에 있던 1이라는 데이터가 사라질 것이므로,
1을 메모리에 임시로 저장해 놓고 쓰기를 한다.
그렇게 되면, 디스크에는 0 0 0 1 0 이라는 정보가 남는다.
원하는 데이터를 수정했지만 인접한 정보가 손상되었으므로,
디스크는 메모리에 있던 값을 손상된 공간에 저장하려고 시도한다.
똑같이 PMR 방식으로, 디스크는 바로 옆 저장 공간의 데이터 0을 메모리에 저장한 후 쓰기를 한다.
그렇게 되면 디스크에는 0 1 1 1 0 이라는 정보가 남는다.
이를 끝까지 반복하면, 결국에는 0 1 0 1 0이라는 수정이 반영된 결과가 나온다.
상기 경우에서 보았듯, 최악의 경우 디스크는 하나의 값을 수정하기 위해
인접된 정보 전체를 메모리 넣고 쓰고를 반복해야 한다.
이는 HDD의 쓰기 속도 저하로 이어지고,
실제로 220MB/s의 성능을 보이던 CMR 방식의 HDD와는 달리, SMR 방식의 HDD는 150MB/s의 성능을 보인다.
이러한 성능 하락 폭은 데이터 센터나 서버 같은 거대 데이터팜에서는 크게 문제가 되지만,
일반 사용자 기준에서는 크게 거슬리지 않는 성능 하락 폭이기에
값싸게 고용량 HDD를 마련할 수 있는 SMR 방식을 일반 사용자 HDD로 대다수의 회사들이 판매하고 있다.
PMR과 CMR의 구분
인터넷을 보다보면 가금 SMR과 PMR를 비교하고 있고,
또, SMR과 CMR를 비교하고 있다.
누가 옳은 것인가? 에 대한 결론부터 이야기하자면, 둘다 옳다고 이야기 할 수 있다.
일단 데이터 기록의 역사를 초점으로 본다면,
초기에는 LMR을 우선으로 사용하고 발전시켜 왔다면,
중기에는 PMR을 사용했고,
지금은 SMR을 주로 사용하고 있다.
그러나 데이터 저장 방식을 초점으로 본다면,
자기를 어느 방향으로 기록할 것인지를 구분하는 LMR-PMR 과는 다르게,
데이터를 어느 방식으로 저장하는가를 구분하는 것이 CMR-SMR이다.
애초에 CMR이라는 것 자체가 방식 자체에 한계가 있던 PMR의 정보 저장 방식을 보완하기 위해 나온 개념이기 때문에,
둘을 크게 구분짓지 않아도 된다는 뜻이다.
즉 CMR은 PMR과 동일한 방식으로 봐도 된다.
HDD 구매 시,
이 둘과 확실하게 다른 SMR에 대해서
SMR의 태생적 한계인 쓰기 속도 저하를 위한 구분만 확실하게 하자는 것이다.
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